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Die Erfindung betrifft ein System zur Reifendrucküberwachung eines Nutzfahrzeugs, ein Nutzfahrzeug umfassend ein System zur Reifendrucküberwachung und ein Verfahren zur Überwachung des Reifendrucks.
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Ein verringerter Luftdruck in den Reifen eines Fahrzeugs kann zu einem erhöhten Reifenverschleiß und einem erhöhten Energieverbrauch bzw. Kraftstoffverbrauch, insbesondere durch erhöhte Reibung während einer Fahrt, führen. Es ist deshalb zunehmend üblich den Reifendruck zu überwachen. Im Stand der Technik sind dazu passive und aktive Reifendruckkontrollsysteme bekannt.
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Passive Reifendrucksysteme ermitteln typischerweise eine Drehgeschwindigkeit der Reifen, um darauf basierend auf den Abrollumfang zurückzuschließen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer ABS-Sensorik (ABS - Antiblockiersystem) geschehen. Dabei wird sich zunutze gemacht, dass der Abrollumfang bei einem Reifen mit verringertem Druck geringer ist. Die ermittelten Messwerte werden dabei über eine Verkabelung von der passiven Sensorik weitergeleitet. Passive Reifendrucksysteme haben den Vorteil, dass sie relativ günstig implementiert werden können. Andererseits sind sie jedoch relativ ungenau und auch unzuverlässig. Zudem ist der Einsatz aufgrund der notwendigen Verkabelung unflexibel. Beispielsweise kann eine Ausweitung der Sensorik auf einen Nutzfahrzeuganhänger, der bislang nicht mit Sensoren ausgestattet ist, durch die notwendige Verkabelung aufwändig sein.
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Aktive Sensorsysteme ermitteln den Reifendruck hingegen direkt mit an den Reifen angeordneten Drucksensoren. Damit können Reifendrücke wesentlich genauer und zuverlässiger bestimmt werden. Aktive Sensorsysteme sind jedoch wesentlich teurer und oftmals auch aufwändiger zu implementieren. Zudem müssen die aktiven Sensoren ebenfalls verkabelt werden oder aber sie sind batteriebetrieben, was die Nutzungsdauer der Sensoren begrenzt oder zumindest eine gelegentlichen Sensor- oder Batterieaustausch, in der Regel inklusive dafür notwendiger Demontage der Reifen, nötig macht.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Reifendrucküberwachungssystem bereitzustellen, welches verbesserte Eigenschaften aufweist, insbesondere indem es eine verlängerte oder unbegrenzte Nutzungsdauer der Sensoren, eine flexiblere Anordnung der Sensorik und/oder eine preisgünstigere Herstellung bzw. Installation der Sensoren ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit einem System gemäß dem Anspruch 1, mit einem Nutzfahrzeug gemäß dem Anspruch 9 und mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 10 gelöst. Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
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Erfindungsgemäß ist ein System zur Reifendrucküberwachung eines Nutzfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeuganhängers, vorgesehen umfassend mehrere an oder in der Nähe eines Reifens des Nutzfahrzeuges angeordnete Sensoreinheiten, wobei die Sensoreinheiten eine erste Gruppe von Sensoreinheiten und/oder eine zweite Gruppe von Sensoreinheiten umfassen, und eine Auswerteeinheit, wobei die Sensoreinheiten der ersten Gruppe an oder in der Nähe von zumindest zwei Reifen sind, wobei die Sensoreinheiten während einer Fahrt des Nutzfahrzeugs von dem Reifendruck des jeweiligen Reifens abhängige Messwerte auslesen und die Messwerte an die Auswerteeinheit übermitteln, wobei die Auswerteeinheit dazu konfiguriert ist, anhand der Messwerte den Reifendruck der Reifen, insbesondere Veränderungen des Reifendrucks, zu überwachen. Ein Nutzfahrzeug im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Fahrzeug, welches ein zulässiges Gesamtgewicht von über 3,5 t, bevorzugt von über 7,5 t und besonders bevorzugt von über 18 t aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann das Nutzfahrzeug insbesondere ein Nutzfahrzeuganhänger sein. Das Nutzfahrzeug ist insbesondere ein straßentaugliches und oder ein straßengebundenes Fahrzeug. Das Nutzfahrzeug, insbesondere der Nutzfahrzeuganhänger kann bevorzugt zumindest drei Radachsen umfassen. Das System kann als ein optionales Add-on für den Einbau in ein Nutfahrzeug ausgestaltet sein. Alternativ kann das System in ein Nutzfahrzeug eingebaut sein. Es ist insbesondere vorgesehen, dass das System dazu ausgestaltet ist, die Reifendrucküberwachung mittels der Sensoreinheiten vorzunehmen. Die Sensoreinheiten sind dazu konfiguriert, während der Fahrt des Nutzfahrzeugs von dem Reifendruck des jeweiligen Reifens abhängige Messwerte auslesen. Die Messwerte können einerseits der jeweilige Reifendruck selbst sein. Alternativ und bevorzugt können die Messwerte zumindest einen Parameter, der mit dem Reifenddruck verknüpft ist und/oder von dem Reifendruck abhängig ist, betreffen und/oder bestimmen. Insbesondere sind die Messwerte solche Messwerte, die es erlauben, damit Rückschlüsse auf den Reifendruck und/oder eine Änderung des Reifendrucks vorzunehmen. Die Sensoreinheiten können jeweils an einem Reifen angeordnet sein. Darunter kann insbesondere zu verstehen sein, dass die Sensoreinheiten an dem Reifen und/oder dem jeweiligen den Reifen umfassenden Rad befestigt sind. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Sensoreinheiten oder ein weiterer Teil der Sensoreinheiten jeweils in der Nähe eines Reifens angeordnet sind. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Sensoreinheiten der ersten Gruppe von Sensoreinheiten jeweils an einem Reifen angeordnet sind und die Sensoreinheiten der zweiten Gruppe jeweils in der Nähe eines Reifens angeordnet sind. „In der Nähe eines Reifens“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung derart definiert, dass jeder Sensor derart angeordnet ist, dass der Messbereich des Sensors derart platziert ist, dass ein vom Reifendruck abhängiger Messparameter erfasst wird bzw. auf einen von dem Reifendruck abhängigen Messparameter fokussiert ist. Von dem Messparameter ist insbesondere der jeweilige von dem Reifendruck abhängige Messwert zu bestimmen bzw. bestimmbar. Der Messparameter kann beispielsweise an dem Reifen abzulesen sein. Alternativ kann der Messparameter beispielsweise an der Radaufhängung und/oder der Radachse ablesbar sein. Bevorzugt ist jeder Sensor maximal 90 cm, besonders bevorzugt maximal 50 cm und ganz insbesondere bevorzugt maximal 30 cm, von dem jeweiligen Reifen entfernt. Die erste Gruppe von Sensoreinheiten kann dazu ausgestaltet sein, einen anderen Messwert und/oder eine andere Art von Messwert zu bestimmen als die zweite Gruppe. Es kann vorgesehen sein, dass zumindest einem, bevorzugt jedem, Reifen jeweils eine Sensoreinheit der ersten Gruppe zugeordnet ist. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass demselben zumindest einen Reifen, bevorzugt jedem Reifen, auch eine Sensoreinheit der zweiten Gruppe zugeordnet ist. Es ist insbesondere vorgesehen, dass an oder in der Nähe von zumindest zwei Reifen jeweils eine Sensoreinheit angeordnet ist. Es kann vorgesehen sein, dass an oder in der Nähe von zumindest zwei zu verschiedenen Radachsen gehörenden Reifen jeweils eine Sensoreinheit angeordnet ist. Bevorzugt kann Reifen, welche zumindest zu drei verschiedenen Achsen gehören, jeweils zumindest eine Sensoreinheit zugeordnet sein. Die Sensoreinheiten sind dazu ausgestaltet die Messwerte an die Auswerteeinheit zu übermitteln. Die Sensoreinheiten können dazu mit der Auswerteeinheit in einer Kommunikationsverbindung stehen. Die Übermittlung kann beispielsweise kabelgebunden und/oder kabellos vorgesehen sein. Die Auswerteeinheit kann eine zentrale Empfangseinheit sein. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit ein Bordcomputer des Nutzfahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeuganhängers, und/oder des Zugfahrzeugs des Nutzfahrzeuganhängers sein. Die Auswerteeinheit ist dazu konfiguriert, anhand der Messwerte den Reifendruck der Reifen, insbesondere Veränderungen des Reifendrucks, zu überwachen. Die Auswerteeinheit kann dazu konfiguriert sein einen absoluten Reifendruck und/oder einen relativen Reifendruck zu überwachen. Ein relativer Reifendruck kann eine Abweichung des Reifendrucks eines Reifens von dem Reifendruck eines oder mehrerer vorbestimmter und überwachter Reifen und/oder von einem Reifendruckreferenzwert sein. Die Auswerteeinheit kann dazu konfiguriert sein, Änderungen der Messwerte, welche von dem Reifendruck abhängen, zu interpretieren und gegebenenfalls auf eine Druckänderung, insbesondere einen Druckabfall, eines oder mehrerer Reifen zurückzuschließen. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit dazu konfiguriert sein, die Messwerte aller Reifen, denen eine Sensoreinheit zugeordnet ist, zu überwachen. Zusätzlich kann die Auswerteeinheit dazu konfiguriert sein, die Messwerte aller Reifen, denen eine Sensoreinheit zugeordnet ist, miteinander zu vergleichen. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit dazu konfiguriert sein, einen Defekt und/oder einen Druckverlust festzustellen, wenn der Messwert eines Reifens um mehr als einen vorbestimmten absoluten oder relativen Unterschiedswert von dem mittleren Messwert eines überwachten Reifens, einer vorbestimmten Gruppe von überwachten Reifen, oder bevorzugt aller überwachter Reifen abweicht. Die Auswerteeinheit umfasst mit Vorteil einen Datenspeicher. Die Auswerteeinheit kann dazu konfiguriert sein, die Messwerte und/oder ermittelte Rückschlüsse auf den Reifendruck bzw. einen geänderten Reifendruck auf dem Datenspeicher abzuspeichern.
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Vorteilhafterweise sind die Sensoreinheiten der ersten Gruppe dazu ausgestaltet, als Messwerte die Raddrehzahlen der Reifen bzw. der Räder, die die Reifen umfassen, zu ermitteln, wobei die Sensoreinheiten insbesondere jeweils einen induktiven Sensor umfassen, der derart ausgestaltet ist, dass bei einer Drehbewegung des jeweiligen Reifens eine von der Radrehzahl abhängige Spannung in dem Sensor induziert und von dem Sensor erfasst wird, wobei die Auswerteeinheit dazu konfiguriert ist, basierend auf der Raddrehzahl den Reifendruck zu überwachen, insbesondere derart, dass eine erhöhte Raddrehzahl als ein verringerter Reifendruck interpretiert wird. Die Auswerteeinheit kann dazu konfiguriert sein, die Raddrehzahlen der Reifen zu vergleichen. Insbesondere kann die Auswerteeinheit dazu konfiguriert sein, aus den ermittelten Raddrehzahlen einen repräsentativen Wert, vorzugsweise einen Mittelwert oder einen Median, zu bestimmen und zu erkennen, ob zumindest eine einzelne Raddrehzahl um mehr als ein vorbestimmter Schwellenwert von dem Mittelwert abweicht, insbesondere zu höheren Werten hin abweicht. Beispielsweise kann der Schwellenwert so vorbestimmt sein, dass er einem Druckabfall von mehr als 3 % bis 40%, bevorzugt mehr als 5 bis 25%, gegenüber einem optimalen Reifendruck entspricht. Die Auswerteeinheit kann dazu konfiguriert sein, eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit abzufragen und für die Auswertung hinzuzuziehen, insbesondere derart, dass die Raddrehzahlen mit der Fahrzeuggeschwindigkeit verglichen werden. Die erfassten Räder können ein induzierendes Element, beispielsweise ein Polrad oder ein Zahnrad umfassen. Dabei ist das induzierende Element an dem Rad, insbesondere der Radfelge fixiert, sodass es sich zusammen mit dem Rad und dem daran festgelegten Reifen dreht. Der bevorzugte induktive Sensor kann eine Spule umfassen, in der bei Drehung des Rades, insbesondere des induzierenden Elements des Rades, die Spannung induziert wird. Durch die Bewegung des Nutzfahrzeugs, insbesondere des Nutzfahrzeuganhängers, und der damit einhergehenden Drehbewegung des induzierenden Elements kann am Sensor eine Spannung induziert werden. Vorzugsweise können die Sensoreinheiten passiv sein. Insbesondere können die Sensoreinheiten dazu ausgestaltet sein, dass sie nicht aktiv Messwerte sammeln, sondern erst automatisch bei Drehung der Reifen durch die induzierte Spannung Messwerte sammeln und weiterleiten. Insbesondere können die Sensoreinheiten derart ausgestaltet sein, dass sie keine aktive Spannungsquelle benötigen. Die Sensoreinheiten können beispielsweise passive ABS-Sensoren. Gemäß dem heutigen Stand der Technik besitzen bereits in vielen Fällen alle Achsen eines Nutzfahrzeugs bzw. Nutzfahrzeuganhängers einen zum Halten von ABS-Sensoren geeigneten Halter, welcher die Anbringung der Sensoreinheiten zur Reifendruckkontrolle auf einfache Wiese ermöglicht. Vorteilhafterweise kann das System also relativ leicht in bereits bestehende Fahrzeuge integriert werden. Zusätzlich oder alternativ können die Sensoreinheiten dazu ausgestaltet sein, aufgrund der induzierten Spannung die Raddrehzahl zu bestimmen und die Raddrehzahl an die Auswerteeinheit weiterzuleiten. Alternativ können die Sensoreinheiten dazu ausgestaltet sein, die induzierte Spannung an die Auswerteeinheit weiterzuleiten, wobei die Auswerteeinheit dazu konfiguriert ist, die Spannung in eine Raddrehzahl umzurechnen oder die Spannungen der verschiedenen Sensoreinheiten direkt miteinander zu vergleichen.
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Vorteilhafterweise ist die Auswerteeinheit dazu konfiguriert, die Raddrehzahl zumindest dreier verschiedener Reifen, bevorzugt aller Reifen des Nutzfahrzeuges, zu vergleichen und eine im Vergleich mit den anderen Reifen erhöhte Raddrehzahl eines Reifens als erniedrigten Reifendruck dieses Reifens zu interpretieren. Die Spannung ist insbesondere von der Raddrehzahl abhängig, wobei eine größere Raddrehzahl eine größere induzierte Spannung bewirkt. Die Raddrehzahl ist in der Regel abhängig von dem Abrollumfang der Reifen. Dabei kann hier vorteilhafterweise ein Rad bzw. Reifen, das/der sich schneller dreht als die übrigen Reifen, ein Indikator für einen Druckverlust im Reifen sein, weil der Abrollumfang mit fallendem Druck abnimmt. Insbesondere kann die Auswerteeinheit dazu konfiguriert sein, zu bestimmen, ob zumindest eine aktuelle Raddrehzahl eines Reifen von einem repräsentativen Wert, insbesondere einem Mittelwert oder Median, aller aktuellen Raddrehzahlen um mehr als ein vorbestimmter Schwellenwert abweicht.
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Vorteilhafterweise sind die Sensoreinheiten der zweiten Gruppe dazu ausgestaltet, als Messwert eine mit dem jeweiligen Reifen verknüpfte Schwingungsfrequenz, insbesondere der Schwingung zwischen Reifengürtel und Felge, zu ermitteln, wobei die Auswerteeinheit dazu konfiguriert ist, basierend auf der Schwingungsfrequenz den Reifendruck zu überwachen. Vorteilhafterweise kann eine Auswertung über eine Schwingung einen zu niedrigen Reifendruck auch dann erkennen, wenn eine Mehrzahl der Reifen oder sogar alle Reifen einen zu niedrigen Reifendruck aufweisen. Hierbei kann sich zunutze gemacht werden, dass die Frequenzen in der Regel durch den Reifengürtel beeinflusst werden. Der Reifengürtel verformt sich insbesondere je nach Reifendruck unterschiedlich. Vorteilhafterweise kann somit auch dann, wenn sich die Druckverhältnisse in mehreren Reifen gleichzeitig ändern, eine Aussage zum Reifendruck hergeleitet werden. Die Sensoreinheiten können Schwingungsaufnehmer umfassen. Es kann vorgesehen sein, dass jedem Rad ein Schwingungsaufnehmer zugeordnet ist, bzw., dass an jedem Rad ein Schwingungsaufnehmer platziert ist. Die Auswerteeinheit kann insbesondere dazu konfiguriert sein, die ermittelten Schwingungsfrequenzen auszuwerten. Alternativ oder zusätzlich können die Sensoreinheiten dazu konfiguriert sein, die Schwingungsfrequenzen in Reifendrücke umzurechnen und jeweils an die Auswerteeinheit weiterzuleiten. Die Auswertung der Messwerte bzw. die Überwachung kann beispielsweise analog zu einer in von Lee et al. in „New Indirect Tire Pressure Monitoring System Enabled by Adaptive Extended Kalman Filtering of Vehicle Suspension Systems", Electronics 2021, 10, 1359 beschriebenen auf Kalman-Filterung beruhenden Methodik erfolgen.
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Vorteilhafterweise ist die Auswerteeinheit dazu konfiguriert, die Überwachung des Reifendrucks auf Basis sowohl der Messwerte der ersten Gruppe von Sensoreinheiten, insbesondere von Radrehzahlen der Reifen, als auch der zweiten Gruppe von Sensoreinheiten, insbesondere einer den Reifen zugeordneten Schwingungsfrequenz, durchzuführen. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass das System Reifendrücke durch eine Kombination aus Überwachung der Raddrehzahlen und der Schwingungsfrequenzen der Reifen vornimmt. Damit kann eine besonders zuverlässige Überwachung ermöglicht werden. Insbesondere können Schwächen oder möglicherweise auftretende Fehler der einen Überwachungsmethodik durch die andere Methodik ausgeglichen werden. Beispielsweise kann eine Bestimmung der Raddrehzahlen bei allen Reifen gleichermaßen abfallende Reifendrücke in der Regel nicht zuverlässig bestimmen, was jedoch durch eine Bestimmung der Schwingungsfrequenzen möglich sein kann.
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Vorteilhafterweise ist die Auswerteeinheit dazu konfiguriert, einen Beladungszustand des Nutzfahrzeugs abzufragen und den Beladungszustand bei der Auswertung der Messwerte zu berücksichtigen, wobei die Auswerteeinheit insbesondere dazu konfiguriert ist, automatisch und/oder als Reaktion auf eine vorbestimmte Nutzereingabe einen Sollwert der Messwerte und/oder einer Varianz der Messwerte für einen aktuellen Beladungszustand zu ermitteln. Die Auswerteeinheit kann dazu konfiguriert sein, den Beladungszustand von einem zentralen System des Nutzfahrzeugs, insbesondere von einem elektronischen Bremssystem (EBS) oder von einem Netzwerkt des Bremssystems, abzufragen. Vorteilhafterweise kann die Auswerteeinheit dazu konfiguriert sein, den Beladungszustand von einer Komponente des Nutzfahrzeugs, zum Beispiel einem elektronischen Bremssystem abzufragen, die den Beladungszustand ohnehin selbstständig ermittelt. Durch Einbeziehen einer vorhandenen Komponente zur Ermittlung des Beladungszustands kann z.B. die Implementierung des Systems mit weniger Aufwand und günstiger ermöglicht werden. Die Auswerteeinheit kann insbesondere dazu ausgestaltet sein, einen von dem Reifendruck abhängigen Sollwert oder Schwellwert anzupassen. Die Information über den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs ist bevorzugt auf einem CAN-Netzwerk des EBS verfügbar. Ein Sollwert der Messwerte ist insbesondere ein Wert des von dem Reifendruck abhängigen Messwerts, der bei einem normalen bzw. optimalen Reifendruck erwartet wird. Eine Varianz der Messwerte repräsentiert insbesondere eine zu erwartende Abweichung des von dem Reifendruck abhängigen Messwerts, die bei einem normalen bzw. optimalen Reifendruck maximal erwartet wird. Die Auswerteeinheit kann dazu konfiguriert sein, basierend auf dem Sollwert und/oder der Varianz den Schwellwert des zu erfassenden Messwerts zu berechnen, ab dem von einem zu niedrigen Reifendruck ausgegangen wird. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit dazu konfiguriert sein, Sollwerte für die Schwingungsfrequenzen bzw. charakteristische Frequenzen der Reifen automatisch an den aktuellen Beladungszustand anzupassen. Das System zur Reifendrucküberwachung kann ein automatisch selbst lernendes System sein, insbesondere indem die Auswerteeinheit dazu konfiguriert ist, die Überwachung des Reifendrucks der Reifen automatisch an den aktuellen Beladungszustand anzupassen. Die Auswerteeinheit kann dazu konfiguriert sein, unter Berücksichtigung des Beladungszustands Effekte auf den Reifenabrollumfang zu korrigieren. Vorteilhafterweise kann mit dieser Ausführungsform dem Umstand Rechnung getragen werden, dass unterschiedliche Beladungen einen Einfluss auf den Abrollumfang des Reifens oder auch die Schwingungen des Reifengürtels haben können. Somit kann durch Berücksichtigung des aktuellen Beladungszustands die Erfassung des aktuellen Reifendrucks zuverlässiger gemacht werden.
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Vorteilhafterweise sind wobei die Sensoreinheiten der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe dazu ausgestaltet, für ihren eigenen Betrieb Energie aus der Rotation des Reifens zu gewinnen, wobei die Sensoreinheiten insbesondere dazu ausgestaltet sind, die Energie des sich drehenden Reifens mittels magnetischer Induktion in eine elektrische Spannung und/oder einen elektrischen Strom zu wandeln. Die Sensoreinheiten können gemäß dieser Ausführungsform vorteilhafterweise ohne aktive Spannungsquelle bzw. ohne zusätzliche Spannungsquelle betrieben werden. Die Energie kann von den Sensoreinheiten der ersten Gruppe und/oder von den Sensoreinheiten der zweiten Gruppe gewonnen werden. Insbesondere kann eine aufgrund der Drehung der Reifen induzierte Spannung als Energiequelle dienen. Vorteilhafterweise kann durch die automatische Energiegewinnung eine deutlich verlängerte Nutzungsdauer der Sensoreinheiten für eine Reifendruckkontrolle ermöglicht werden, weil ein zusätzlicher Batteriespeicher, der regelmäßig ausgetauscht oder extern nachgeladen werden muss (eine Batterie-Nutzungsdauer beträgt ansonsten typischerweise 5-8 Jahre), nicht unbedingt benötigt wird. Ein Weglassen des Batteriespeichers kann eine kostengünstigere Herstellung ermöglichen. Muss ein Batteriespeicher nicht ausgetauscht werden, kann die Wartung bzw. der Betrieb des Systems kostengünstiger und mit weniger Aufwand verbunden sein.
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Vorteilhafterweise umfassen die Sensoreinheiten der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe jeweils einen Energiespeicher, wobei die Energiespeicher insbesondere durch aus Rotation des Reifens gewonnene Energie aufladbar sind. Der Energiespeicher kann beispielsweise eine, insbesondere wiederaufladbare, Batterie sein. Vorteilhafterweise kann die Sensoreinheit dazu ausgestaltet sein, den Energiespeicher selbstständig aufzuladen. Der Energiespeicher kann insbesondere dazu ausgebildet sein, im Fahrbetrieb durch Induktion nachgeladen zu werden. Durch eine Aufladung im Fahrbetrieb können energieautarke Sensoreinheiten ermöglicht werden. Durch ein selbstständiges Aufladen kann die Lebensdauer des Energiespeichers bzw. die Dauer bis zu der ein Austausch des Energiespeichers benötigt wird, verlängert werden. Der Energiespeicher kann es beispielsweise ermöglichen, den Reifendruck bereits bei geringen Geschwindigkeiten bzw. geringen Drehzahlen der Reifen zu ermöglichen. Ohne den Energiespeicher wäre gegebenenfalls eine bestimmte Mindestdrehzahl nötig, um ausreichend Energie für den Betrieb der Sensoreinheit zu generieren. Mit dem Energiespeicher kann das System dazu ausgestaltet sein, bereits ab geringen Raddrehzahlen, z.B. ab einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 10 km/h, den Betrieb aufzunehmen. Die Sensoreinheiten können einen Signalverstärker umfassen, um das benötigte Signal bereits bei geringen Raddrehzahlen zu erfassen. Es kann vorgesehen sein, dass mehrere Sensoreinheiten, insbesondere Sensoreinheiten der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe, welche dem gleichen Reifen zugeordnet sind, einen gemeinsamen Energiespeicher aufweisen.
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Vorteilhafterweise umfassen die Sensoreinheiten der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe jeweils ein Funkmodul, dass dazu konfiguriert ist, insbesondere während der Fahrt des Nutzfahrzeuges, eine Kommunikationsverbindung mit der Auswerteeinheit zur Übertragung der Messwerte zu halten, wobei die Auswerteeinheit ein Empfangsmodul zum Empfangen der Messwerte umfasst. Die Sensoreinheit kann dazu ausgestaltet sein, das Funkmodul durch ihren Energiespeicher mit Energie zu versorgen und/oder aufzuladen. Vorteilhafterweise kann das Verwenden von Funkmodulen eine flexiblere Lösung, insbesondere bei Einbau des Systems, ermöglichen, weil eine Verkabelung nicht benötigt wird. Es kann vorgesehen sein, dass mehrere Sensoreinheiten, insbesondere Sensoreinheiten der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe, welche dem gleichen Reifen zugeordnet sind, ein gemeinsames Funkmodul aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das System eine Kabelverbindung, die die Sensoreinheiten der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe mit der Auswerteeinheit zum Zweck der Übertragung der Messwerte verbindet. Die Kabelverbindung kann insbesondere eine elektronische Kabelverbindung sein. Ist kein Funkmodul vorgesehen, so kann eine Kabelverbindung eine Möglichkeit sein, ohne eine Funkverbindung, einen Kontakt zwischen den Sensoreinheiten und der Auswerteeinheit zu ermöglichen.
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Vorteilhafterweise ist die Auswerteeinheit dazu konfiguriert, bei einem ermittelten Unterschreiten eines Soll-Reifendrucks eine Nutzerwarnung auszugeben. Die Nutzerwarnung kann beispielsweise eine akustische Warnung und/oder eine Anzeige auf einem Bildschirm und/oder eine aufleuchtende Kontrollleuchte sein. Die Nutzerwarnung kann es ermöglichen, bei einem zu niedrigen Reifendruck besonders schnell erforderliche Maßnahmen zu ergreifen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeuganhänger, umfassend ein System zur Reifendrucküberwachung, insbesondere ein System wie hierin beschreiben, umfassend mehrere, insbesondere zumindest vier, bevorzugt zumindest sechs, Reifen und daran oder in der Nähe der Reifen angeordnete Sensoreinheiten der ersten Gruppe von Sensoreinheiten und/oder der zweiten Gruppe von Sensoreinheiten. Alle Vorteile und Merkmale des Systems können analog auf das Nutzfahrzeug übertragen werden und umgekehrt.
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Vorteilhafterweise ist die Auswerteeinheit Teil einer Steuereinheit eines elektronischen Bremssystems, EBS, des Nutzfahrzeugs, insbesondere eines elektronischen Anhängerbremssystems des Nutzfahrzeuganhängers, wobei insbesondere zumindest einige, vorzugsweise alle, der Sensoreinheiten der ersten Gruppe ABS-Sensoren sind. Vorteilhafterweise kann somit das System zur Reifendrucküberwachung besonders effizient mit weiteren, insbesondere ohnehin vorhandenen, Systemen des Nutzfahrzeugs kombiniert werden, indem die Funktionalität des weiteren Systems ausgenutzt wird.
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Vorteilhafterweise ist das Nutzfahrzeug ein Nutzfahrzeuganhänger, wobei die Auswerteeinheit in dem Nutzfahrzeuganhänger angeordnet ist, wobei die Auswerteeinheit insbesondere in Kommunikation mit einer Steuereinheit eines Zugfahrzeugs ist. Die Steuereinheit kann beispielsweise ein Bordcomputer oder Teile eines Bordcomputers des Nutzfahrzeugs sein. Mit dieser Ausführungsform kann eine Reifendrucküberwachung eines Nutzfahrzeuganhängers vorgenommen werden und zur gleichzeitigen Überwachung in dem Zugfahrzeug und/oder zur Information eines Fahrers an die Steuereinheit weitergeleitet werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Reifendrucks von Reifen eines Nutzfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeuganhängers, umfassend die Schritte
- - Auslesen von je mit einem Reifen verknüpften Schwingungsfrequenzen mit einem Schwingungssensor und/oder Messung der Raddrehzahl jedes Reifens mit einem induktiven Sensor;
- - Übermitteln, insbesondere drahtloses Senden, der Schwingungsfrequenzen und/oder der Raddrehzahlen an eine Auswerteeinheit;
- - Überwachen des Reifendrucks durch die Auswerteeinheit basierend auf den Schwingungsfrequenzen und/oder den Raddrehzahlen.
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Alle Vorteile und Merkmale des Systems und/oder des Nutzfahrzeugs können analog auf das Verfahren übertragen werden und umgekehrt.
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Einzelne der oben genannten Merkmale und Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden und die den einzelnen Merkmalen zugeordneten Vorteile gelten auch für eine Kombination dieser Merkmale. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Figuren. Einzelne in den gezeigten Ausführungsformen offenbarten Merkmale können auch in anderen Ausführungsformen eingesetzt werden, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Reifendrucküberwachung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Systems zur Reifendrucküberwachung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit eines erfindungsgemäßen Systems zur Reifendrucküberwachung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit eines erfindungsgemäßen Systems zur Reifendrucküberwachung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung zweier Sensoreinheiten eines erfindungsgemäßen Systems zur Reifendrucküberwachung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 6 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Überwachung des Reifendrucks eines Nutzfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 7 eine schematische Darstellung eines Nutzfahrzeuganhängers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Reifendrucküberwachung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das System für ein Nutzfahrzeug mit mehr als zwei Achsen 3 ausgestattet, was durch Punkte zwischen den zwei gezeigten Achsen 3 angedeutet ist. An jedem Reifen 4 ist dabei jeweils eine Sensoreinheit 11 einer ersten Gruppe und/oder eine Sensoreinheit 12 einer zweiten Gruppe vorgesehen. Die Sensoreinheiten 11, 12 sind dazu konfiguriert, während einer Fahrt des Nutzfahrzeugs Messwerte auszulesen, die von dem Reifendruck der ihnen jeweils zugeordneten Reifen 4 abhängen. Die Sensoreinheiten 11,12 stehen über Funkmodule 6 (hier nicht gezeigt) mit einer Auswerteeinheit 2 über deren Empfangsmodul 7 per Funkverbindung in Kontakt und sind dazu konfiguriert, die Messwerte über diese Funkverbindung an die Auswerteeinheit 2 zu übermitteln. Die Auswerteeinheit 2 ist dazu konfiguriert, anhand der übermittelten Messwerte den Reifendruck der Reifen 4, insbesondere Veränderungen des Reifendrucks, zu überwachen. Die Auswerteeinheit 2 kann dabei einen Einfluss des Beladungszustands des Nutzfahrzeugs auf die Messwerte berücksichtigen, um eine zuverlässigere Auswertung zu ermöglichen. Die Auswerteeinheit 2 kann optional dazu konfiguriert sein, einem ermittelten Unterschreiten eines Soll-Reifendrucks eine Nutzerwarnung auszugeben.
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In 2 ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Reifendrucküberwachung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das System dieser Ausführungsform unterscheidet sich von demjenigen in 1 dadurch, dass die Sensoreinheiten 11, 12 nicht über eine Funkverbindung mit der Auswerteeinheit 2 in Verbindung stehen, sondern über eine Kabelverbindung 8. In anderen Merkmalen entspricht die in 2 gezeigte Ausführungsform im Wesentlichen derjenigen in 1.
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In 3 ist eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit 11 einer ersten Gruppe eines erfindungsgemäßen Systems zur Reifendrucküberwachung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Sensoreinheit 11 ist dazu ausgestaltet, die Raddrehzahlen der Reifen 4 mittels eines induktiven Sensors 21 zu ermitteln. Dabei wird bei einer Drehbewegung des jeweiligen Reifens 4 eine von der Radrehzahl abhängige Spannung in dem Sensor 21 induziert und von der Sensoreinheit 11 erfasst. Über ein Funkmodul 6 steht die Sensoreinheit 11 mit einer Auswerteeinheit 2, die dazu konfiguriert ist, basierend auf der Raddrehzahl den Reifendruck zu überwachen, in Verbindung. Die Auswerteeinheit 2 interpretiert dabei eine im Vergleich mit den anderen Reifen 4 erhöhte Raddrehzahl eines Reifens 4 als erniedrigten Reifendruck dieses Reifens 4. Die Sensoreinheit 11 ist zudem dazu ausgestaltet, Energie aus der Rotation des Reifens zu gewinnen, indem eine durch die Drehung des Reifens 4 induzierte elektrische Spannung verwendet wird. Weiterhin umfasst die Sensoreinheit 11 einen Energiespeicher 5, welcher insbesondere durch aus Rotation des Reifens 4 gewonnene Energie aufladbar ist. Durch den Energiespeicher 5 können die Sensoreinheit 11 und ihr Funkmodul 6 bereits bei niedrigen Raddrehzahlen, die an sich nicht genügend Energie durch Induktion erzeugen würden, betrieben werden.
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In 4 ist eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit 12 einer zweiten Gruppe eines erfindungsgemäßen Systems zur Reifendrucküberwachung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Sensoreinheit 12 ist dazu ausgestaltet, die eine mit dem Reifendruck der Reifen 4 verknüpfte Schwingungsfrequenz mittels eines Schwingungssensors 22 zu ermitteln. Dabei kann insbesondere eine Schwingung zwischen Reifengürtel und Felge des jeweiligen Rads verwendet werden. Über ein Funkmodul 6 steht die Sensoreinheit 12 mit einer Auswerteeinheit 2, die dazu konfiguriert ist, basierend auf der ermittelten Schwingungsfrequenz den Reifendruck zu überwachen, in Verbindung. Die Auswerteeinheit 2 interpretiert dabei eine erhöhte Schwingungsfrequenz als erniedrigter Reifendruck dieses Reifens 4. Die Sensoreinheit 12 ist zudem dazu ausgestaltet, Energie aus der Rotation des Reifens 4 zu gewinnen. Wie auch in der Ausführungsform in 3, kann die Sensoreinheit 12 auch in diesem Ausführungsbeispiel einen Energiespeicher 5 umfassen, der insbesondere durch aus Rotation des Reifens 4, bevorzugt aus den daraus resultierenden Schwingungen, gewonnene Energie aufladbar ist.
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In 5 ist eine schematische Darstellung zweier Sensoreinheiten 11,12 eines erfindungsgemäßen Systems zur Reifendrucküberwachung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei jedem Reifen 4 eines Nutzfahrzeugs jeweils eine Sensoreinheit 11 einer ersten Gruppe und eine Sensoreinheit 12 einer zweiten Gruppe 12 zugeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel werden somit die Ausführungsformen der 3 und 4 kombiniert, indem an jedem Reifen ein induktiver Sensor 21 und ein Schwingungssensor 22 vorgesehen ist. Die Messwerte werden hierbei über ein gemeinsames Funkmodul 6 der beiden Sensoreinheiten 11, 12 an eine Auswerteeinheit 2 übermittelt. Dabei ist die Auswerteeinheit 2 dazu konfiguriert, die Überwachung des Reifendrucks auf Basis sowohl der Messwerte der ersten Gruppe von Sensoreinheiten 11, nämlich von Radrehzahlen der Reifen 4, als auch der zweiten Gruppe von Sensoreinheiten 12, nämlich einer den Reifen 4 zugeordneten Schwingungsfrequenz, durchzuführen.
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In 6 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Überwachung des Reifendrucks von Reifen 4 eines Nutzfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In einem ersten Schritt 101 werden mit je einem Reifen 4 verknüpften Schwingungsfrequenzen mit einem Schwingungssensor 22 ausgelesen. Alternativ oder zusätzlich können die Raddrehzahlen jedes Reifens 4 mit einem induktiven Sensor 21 ermittelt werden. In einem nächsten Schritt 102 werden die Schwingungsfrequenzen und/oder der Raddrehzahlen an eine Auswerteeinheit 2 übermittelt. In einem weiteren Schritt 103 wird schließlich der Reifendruck basierend auf den Schwingungsfrequenzen und/oder den Raddrehzahlen von der Auswerteeinheit 2 überwacht. Optional kann, wenn ein Unterschreiten eines Mindestdrucks zumindest eines Reifens 4 festgestellt wird, ein Alarm bzw. eine Nutzerwarnung an einen Nutzer, insbesondere Fahrer, ausgegeben werden.
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In 7 ist eine schematische Darstellung eines Nutzfahrzeuganhängers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Nutzfahrzeuganhänger umfasst ein erfindungsgemäßes System, z.B. wie in einer der 1 bis 5 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 2 in dem Nutzfahrzeuganhänger angeordnet. Die Auswerteeinheit 2 kann in Kommunikation mit einer Steuereinheit eines Zugfahrzeugs sein. Die Auswerteeinheit 2 kann z.B. Teil eines elektronischen Bremssystems des Nutzfahrzeuganhängers oder des Zugfahrzeugs sein. Zumindest einige Sensoreinheiten 11 können optional ABS-Sensoren sein.
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Bezugszeichenliste:
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- 2
- Auswerteeinheit
- 3
- Achse
- 4
- Reifen
- 5
- Energiespeicher
- 6
- Funkmodul
- 7
- Empfangsmodul
- 8
- Kabelverbindung
- 11
- Sensoreinheit der ersten Gruppe
- 12
- Sensoreinheit der zweiten Gruppe
- 21
- induktiver Sensor
- 22
- Schwingungssensor
- 101-103
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Lee et al. in „New Indirect Tire Pressure Monitoring System Enabled by Adaptive Extended Kalman Filtering of Vehicle Suspension Systems“, Electronics 2021, 10, 1359 [0010]